离心叶轮叶片五轴加工误差分析与虚拟测量技术的研究

摘要

离心叶轮作为典型的复杂曲面零件,广泛应用于航空发动机中,随着我国航天航空事业的迅速发展,对其加工质量的要求也越来越高。目前,我国虽然能自主研制如太行、喷发-1A、红旗-2等型号的航空发动机,但与国外成熟的叶轮加工技术相比,我国还有很大差距。究其原因主要是影响离心叶轮叶片加工精度的原误差因素很多,而我国离心叶轮叶片加工和测量技术又十分落后,在实际加工中,仅仅对叶片进行简单的几何刀轨规划,没有对其加工变形误差、机床误差进行系统研究分析,加之对加工误差的测量更缺乏有效手段。如何建立针对离心叶轮叶片加工误差的分析与测量的有效方法,实现对加工精度的可靠预报和加工误差的高效测量已成为离心叶轮高效精密加工中的一项重要课题。因此,本文综合利用多体系统理论、切削物理仿真、虚拟测量等手段,深入探索加工变形误差、机床误差对离心叶轮叶片加工精度的影响规律,并建立其加工误差的高效虚拟测量方法。具体研究工作如下:
　　1)利用UG/Open Grip,建立圆锥螺旋球头铣刀三维实体模型,在此基础上,运用AdvantEdge金属切削仿真软件对离心叶轮叶片加工过程进行物理仿真,实现叶片铣削力的数值求解;
　　2)在1)的基础上,利用ANSYS多载荷步技术,建立离心叶轮叶片铣削仿真有限元模型,分析其加工变形分布规律,实现叶片加工变形误差的有效补偿;
　　3)利用多体系统理论,推导出包含机床各项原始误差的离心叶轮叶片误差廓面矢量方程,在此基础上,分析机床各项原始误差对叶片廓面误差的综合影响规律,实现廓面误差的有效补偿;
　　4)提出基于虚拟测量原理的离心叶轮叶片加工误差虚拟测量方法,利用UG开发其加工误差虚拟测量平台,分别对单点偏置法和三点偏置法加工的叶片模型进行加工误差虚拟测量,测量结果与文献理论值非常吻合,表明该虚拟测量方法可靠,所开发平台有效。
　　综上,本文的研究为实现离心叶轮叶片加工误差的高效分析、测量与补偿提供了有效的解决方案,为提高离心叶轮叶片加工精度和加工效率奠定了理论基础。

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主要符号说明表

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 研究目标和主要内容

1.4 本章小结

第2章 相关基础理论

2.1 引言

2.2 离心叶轮叶片铣削加工理论基础

2.3 基于多体系统理论的机床误差模型

2.4 虚拟测量基本理论

2.5 本章小结

第3章 离心叶轮叶片加工仿真及误差补偿研究

3.1 引言

3.2 基于AdvantEdge 的离心叶轮叶片加工铣削力计算

3.3 离心叶轮叶片加工过程数值模拟及变形误差分析

3.5 本章小结

第 4 章 机床误差对离心叶轮叶片加工精度影响规律探究

4.1 引言

4.2 机床误差分析

4.3 机床误差特征矩阵的求解

4.4 离心叶轮叶片机床误差廓面矢量方程的建立

4.5 离心叶轮叶片廓面法向误差计算

4.6 实例仿真及结果分析

4.7 叶片廓面法向误差补偿策略研究

4.8 本章小结

第 5 章 离心叶轮叶片加工误差虚拟测量技术的研究

5.1 引言

5.2 离心叶轮叶片加工误差虚拟测量方法

5.3 离心叶轮叶片CAM/CAT集成系统研究

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果